ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2007, том 49, № 2, с. 165-179
УДК 550.42
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗИСТО-КРЕМНИСТЫХ ПОРОД И БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД КМА
ПО ИЗОТОПНЫМ ДАННЫМ
© 2007 г. В. И. Белых*, Е. И. Дунай**, И. П. Луговая***
*Главное Управление природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР РФ по Белгородской области
308000, Белгород, ул. Коммунистическая, 102 **ОАО "Белгородгеология" РФ 308017, Белгород, ул. К. Заслонова, 181 ***Институт геохимии, минералогии и рудообразования, Национальная академия наук Украины
03142, Киев, просп. Палладина, 34 Поступила в редакцию 31. 10. 2006 г.
Приводятся данные изотопного состава кислорода и углерода в минералах железистых кварцитов и в богатых рудах Курской магнитной аномалии (КМА). По ним определены температуры регионального метаморфизма железисто-кремнистых пород и природа породо- и рудообразующих растворов. Установлено, что для магнетита и гематита первично-осадочного или диагенетического происхождения характерен диапазон значений 5180 от +2 до +6%о. В процессе метаморфизма в ходе термической диссоциации и других реакций с участием первичных оксидов, силикатов и карбонатов железа образовался магнетит с величиной 5180 от +2 до +11%. В богатых рудах мушкетовит (псевдоморфоза магнетита по гематиту) формировался при восстановления гематита органическим веществом, о чем свидетельствуют низкие значения 5180ф. = -3.5%.
Проведено сопоставление значений 5180 оксидов железа, сидерита и кварца в железисто-кремнистых породах, сформированных на различных этапах развития курской протосинклинали. Сделан вывод о специфике условий осадконакопления (диагенеза) и метаморфизма железисто-кремнистых пород курской и оскольской серий. Среди протерозойских железорудных формаций выделяются высокими значениями 5180 магнетита железистые кварциты оскольской серии.
Исследование мартитовых руд показывает, что они отличаются от вмещающих их железистых кварцитов низким содержанием тяжелого изотопа кислорода (5180 - от -0.2 до -5.9%). Процесс образования мартита происходил путем внедрения в кристаллическую решетку магнетита кислорода инфильтрационных вод, поступавших с поверхности эрозионного среза на значительные глубины по системам тектонических разломов и трещин.
ВВЕДЕНИЕ
КМА является уникальным железорудным бассейном, в котором выявлены четыре генетически самостоятельные и разновозрастные железисто-кремнистые формации докембрия (Щего-лев, 1985). Изотопный состав кислорода и углерода в железисто-кремнистых породах и рудах КМА мало изучен (Луговая, Соколов, 1972; Ще-голев и др., 1988), хотя перспективность использования изотопных методов показана в работах многих исследователей железорудных формаций (Мельник, Луговая, 1972; Perry et al., 1973; Becker, Clayton, 1976; Goodwin et al., 1985; Загнитко, Луговая, 1989; Hoefs, 1992).
Целью нашего исследования являлось определение с помощью изотопных данных физико-химических условий образования разновозрастных
Адрес для переписки: И.П. Луговая. E-mail: zagnitko@ig-mr.relc.com.
железисто-кремнистых пород, выяснение генезиса оксидов железа и механизма процесса мартити-зации.
МЕТОДЫ
Изотопным определениям предшествовали следующие этапы: 1) минералого-петрографиче-ское изучение прозрачных и полированных шлифов железистых кварцитов и руд; 2) дробление штуфа в целом или препарированных прослоев; 3) выделение мономинеральных фракций с использованием магнитного метода сепарации и разделения минералов в тяжелых жидкостях; 4) экстракции кислорода из оксидов железа и кварца методом фторирования (Barthwich, Harmon, 1982), кислорода и углерода из карбонатов при помощи реактива PbCl2 (Борщевский и др. 1974). В ряде случаев использовались методы инфра-
красной спектроскопии и рентгеноструктурного анализа.
Изотопный анализ кислорода и углерода выполнен на масс-спектрометре МИ-1201В, точность анализов ±0.2%о. Значения 5180 и 513С представлены в промилле относительно стандарта V-SMOW и V-PDB соответственно.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНОЙ ФОРМАЦИИ КМА
Курская магнитная аномалия - крупнейшая в мире железорудная докембрийская мегаструктура площадью более 120 тыс. км2, является главной структурно-формационной зоной Воронежского кристаллического массива, представляющего в тектоническом отношении крупное поднятие фундамента Восточно-Европейской платформы. Она состоит из двух структурных этажей, сложенных разновозрастными структурно-формационными комплексами. Формации архея располагаются среди гнейсов обоянского комплекса (ра1еоагсКеап -РА, 3150 ± 50 млн. лет) и зеленокаменных пород михайловской серии (mesoarchean - МА, 31502500 млн. лет). Формации палеопротерозоя (РР) участвуют в строении крупных грабен-синкли-норных структур, в которых они образуют самостоятельные пласты, смятые совместно с образованиями курской (РР1-РР2, 2500-2300 млн. лет) и оскольской (РР3, 2300-1900 млн. лет) серий. Развитие докембрийского фундамента завершается протоактивационным этапом (РР3-РР4, 19001650 млн. лет), когда образовались магматоген-ные рудоносные формации.
Среди докембрийских образований КМА широким распространением пользуются железорудные ассоциации пород, связанные с определенными геологическими формациями: железисто-кремнисто-гнейсовая (обоянский комплекс - РА, оЬ), железисто-кремнисто-метабазитовая (михайловская серия - МА-КА, тК), железисто-кремнисто-сланцевая (курская серия - РР1-РР2, ks) и железисто-кремнисто-сланцево-карбонатная (ос-кольская серия - РР3, os). К рудоносным формациям относятся богатые железные руды латерит-ной коры выветривания и магматогенные апатит-магнетитовые и ильменит-магнетитовые руды, претерпевшие интенсивные метасоматические изменения. Докембрийский фундамент перекрыт толщей осадочных пород.
Основные сведения о геологическом строении, стратиграфии, вещественном составе и рудо-носности КМА почерпнуты из работ В.Н. Гусель-никова (1972), Н.И. Голивкина, С.И. Чайкина (Железорудные формации..., 1982), И.Н. Щего-лева (1985) и других исследователей. На основании этих материалов и проведенного нами мине-
ралого-петрографического изучения в статье дана краткая характеристика района и объектов исследования.
Обоянская серия слагает основную часть территории КМА и является основанием кристаллического фундамента, на котором формируются все последующие образования. Она представлена гнейсами и мигматитами, среди которых отмечаются пачки амфиболитов, габбро-амфиболитов, а также железорудных образований. Минеральные па-рагенезисы и структурные особенности пород серии указывают на образование их в условиях, соответствующих амфиболитовой фации метаморфизма.
Михайловская серия широким распространением не пользуется, характеризуется разнообразным составом пород. Наряду с вулканогенными метабазитами, широко распространены и терри-генно-осадочные породы - сланцы, метапесчани-ки и железорудные образования. Маломощные прослои железистых кварцитов залегают среди ортоамфиболитов, коматиитов, кристаллических сланцев основного и ультраосновного состава.
Курская серия широко распространена и с ней связаны почти все запасы железистых кварцитов и богатых руд, по литологическому составу она относится к типу хемогенно-осадочных образований. Железистым кварцитам курской серии свойственна аутигенно-минералогическая зональность с широким набором фациальных типов, сменяющих друг друга в направлении от периферии к центральным частям продуктивной толщи и от наиболее мелководных к глубоководным фациям. Породы формации претерпели метаморфизм регионального плана в условиях фации зеленых сланцев.
Осколъская серия формировалась на конечном этапе развития курской протогеосинклина-ли. Залегает она на более древних породах несогласно, с явными признаками перерыва в осадко-накоплении и значительного размыва пород курской серии. Состав и строение оскольской серии характеризуются специфичными особенностями, что подтверждает автономность ее развития. В Белгородском районе серия делится на две свиты: нижнюю яковлевскую терригенно-кла-стогенную и верхнюю белгородскую хемогенно-терригенную.
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ КИСЛОРОДА И УГЛЕРОДА В МИНЕРАЛАХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КМА
Железистые и железисто-кремнистые породы
Для изотопного исследования были отобраны образцы пород различных стратиграфических уровней разреза докембрия Курского железорудного бассейна. Определены изотопный состав
кислорода и углерода в минералах железистых и железисто-кремнистых пород, не подвергшихся воздействию процессов метасоматоза или окисления, температуры метаморфизма и значения 5180 межпорового флюида (табл. 1, 2). Расчеты температур проведены с использованием данных изотопного состава кислорода магнетита, кварца (табл. 1) и фактора изотопного фракционирования (А) в системе кварц-магнетит (Фор, 1989). Величины 5 180H2o вычислены по данным 5180 кварца и фактора в системе кварц-вода (Фор, 1989).
Обоянская серия. Определен изотопный состав кислорода в магнетите и кварце железистых пород Курско-Бесединского участка (скважина 2838). Получены значения 5180 для магнетита (мг) +4.5%о, для кварца (кв) - +11.4%о, (монофракцию пироксена выделить не удалось). По литературным данным (Щеголев и др., 1985), в магнетите железистых пород указанного участка (скважины 2847 и 2848) диапазон значений 5180 от +1.8 до +6.5%. Установить генезис железистых пород только по кислородно-изотопным данным не представляется возможным, так как диапазоны 5180мг изверженных и метаморфических первично-осадочных пород перекрываются (Мельник, Луговая, 1972; Becker, Clayton, 1976; Фор, 1989). Более информативен изотопный состав серы пи-ритов, которые ассоциируют с магнетитом в железистых породах Курско-Бесединского участка. Значение 534S от +0.2 до +1.7%о свидетельствует о том, что источником серы были постмагматические гидротермы (Щеголев и др., 1988). Расчетное значение 5180 межпорового флюида, равное +6.6%, характерно для магматической воды. Температура, вычисленная по изотопному кварц-маг-нетитовому геотермометру, составляет 600°С и более соответствует температуре метаморфизма, чем температурным ус
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.